Батарейн салбарт ажиллаж байгаа эрдэмтэд маш хүйтэнд
ажиллах чадвартай төхөөрөмж гаргахаар зорьж байгаа бөгөөд электролитын сул
холбоосонд тулгуурлан хүйтэнд тэсвэртэй хувилбар бүтээжээ.
Энэхүү судалгаанд эрдэмтэд орчин үеийн литийн ионы
батарейн анодын материалд хэрэглэж байгаа холимог материалуудыг бус цэвэр
металл литийг анодын материал болгон судалсан байна. Цэвэр лити металл бүхий
анод нь өнөөдөр хэрэглэгдэж байгаа графит болон зэсийн холимогтой харьцуулахад
энергийн нягт өндөр учир лити металлын батарей нь маш ирээдүйтэй технологи юм.
Анод болон катодын хооронд лити ионыг зөөж байдаг уусмал
болох электролит нь батарейн циклд маш чухал үүрэг гүйцэтгэж байдаг. Сан-Диего
хотын Калифорни их сургуулийн (UCSD)
судлаачид нам температурт ажиллаж чадах батарейг гаргаж авахаар оролдсон ба нам
температурт ихэвчлэн нэмэлт халаалтын систем шаардагддаг харин тэд энэ асуудлыг
электролит дээр байлгахаар төвлөрчээ.
Тэдний судалгааны зорилго
нь хөлддөггүй буюу хүйтэнд электродуудын хооронд лити ионыг дамжуулж чадах
электролит бүтээх байв. Судлаачид 2 төрлийн электролитыг туршиж үзсэн ба эдгээр
нь литийн ионуудтай хүчтэй холбогддог болон
маш сул холбогддог электролитууд байв. Үүнээс ионыг маш хурдан чөлөөлдөг электролиттой
батарей нь бага температурт сайн ажиллаж байгааг ажиглажээ.
Туршилтаар хүчтэй
холбогддог электролиттой батарей нь -60оС-т 2 циклийн дараа
ажиллахаа больж байсан бол сул холбогддог электролиттой батарей нь 50 циклийн
дараагаар ажилласаар байсан ба багтаамжийнхаа 76%-г хадгалсан байв. Харин -40оС
–д багтаамжийн 84%-г хадгалжээ.
“Бид лити ион ба элекролитийн
холбоо болон электролитод ионуудын үүсгэх бүтэц зэрэг нь нам температур дахь
батарейн нуралт эсвэл урт хугацааны ажиллах горимыг тодорхойлдгийг нээсэн”
хэмээн судалгааны удирдагч Джон Холоубек хэлжээ.
Эдгээр элементийн
дараачийн судалгаанд, сул холболттой электролиттой батарейн анод дээр ионууд
жигд байрласан байсан бол хүчтэй холболттой электролитын хувьд бөөгнөрсөн болон
зүү хэлбэртэйгээр хуримтлагдсан байдлыг бий болгож байв. Энэ нь бидний мэдэх
дендрит бөгөөд эдгээр нь богино холболт болон батарейн нуралтыг үүсгэдэг.
“литийн ион электролиттой
атомын түвшинд харилцан үйлчилж байхдаа зөвхөн бага температурт ажиллах орчинг
хангахаас гадна, дендрит үүсэхээс урьдчилан сэргийлдэг” хэмээн эрдэмтэд ярьжээ.
Энэхүү дүгнэлтийг гаргасан
баг хүхэрт суурьтай катод болон сул холболттой электролиттой лити металлын
батарейн анхны загварыг бүтээсэн. Уг лити металлын энергийн нягт нь маш бага температурт
(-30оС –аас бага) 300 Втц/кг байсан. Энэ төрлийн төхөөрөмжийг хэт
хүйтэн температурт батарейг ажиллуулахын тулд нэмэлт халаах төхөөрөмж шаарддаг
газрууд болох сансрын болон далайн гүн дэх судалгаанд хэрэглэж болох юм.
Мэдээллийн
эх сурвалж:
“Tailoring
electrolyte solvation for Li metal batteries cycled at ultra-low temperature”
https://www.nature.com/articles/s41560-021-00783-z
Мэдээ
бэлтгэсэн: Материал судлалын
салбарын ЭШДаА Б.Болормаа